Измерение средневыпрямленных значений напряжений.

Операционный усилитель:

ОС позволяет стабилизировать выходное напряжение широкодиапазонных усилителей СВЧ не существует.

Отсчетные устройства предназначены для взаимодействия с оператором: Аналоговые: стрелочные, шкальные (вращается сама шкала), световые; Цифровые — предназначенные для передачи уже обработанной информации; Для вывода зависимостей: электронно-лучевые трубки, матричные индикаторы (растровые), самописцы (запись фиксируется на бумаге)

4.1|Общие понятия о погрешностях измерений, 4.2|их классификация. 4.3|Систематические погрешности, 4.4|методы их уменьшения.

4.1|Погрешность — отклонение результата измерения от истинного значения физической величины. (тк истинное значение неизвестно, дается только оценка погрешности) 4.2| по форме выражения: 1. абсолютная (Δ = Uист — Uизм) 2. относительная (δ = Δ/ Uизм(ист)) 3. приведенная(для аналоговых приборов) (δпр = Δ/ Umax-нормирующ знач) приведенная всегда меньше относительной. по причине возникновения: 1. методические: несовершенство метода измерения и модели, взаимное влияние средства измерения на объект, погрешность приближения и округления, погрешность дискретизации АЦП. 2. Инструментальные (несовершенность измерительного прибора): нестабильность параметров прибора, неучтенное влияние внешних факторов, внутренние шумы приборов. 3. субъективные (ошибки оператора): неточность отсчета делений шкалы, с фиксацией момента нуля. по скорости изменения:

1. статические (мало меняются/постоянные) 2. динамические — возникают тогда, когда средство измерения обладает инерционностью, а измеряемая величина быстро изменяется. по закономерности появления при повторных измерениях: 1. систематическая — часть общей погрешности, которая при повторных измерениях не меняется или меняется закономерно. 2. случайная — при повторных измерениях измеряется незакономерно 3. грубая погрешность (промах) — погрешность в цепочке многократных измерений, которые значительно превосходят ожидаемую погрешность. Промахи при измерении не учитываются.

общая погрешность = систематическая + случайная которые в свою очередь могут включать другие погрешности (инструментальную, методическую...) Δ= Δсл+ Δсист

4.3 | Сист погр -  постоянная или закономерно меняющаяся часть при повторных опытах. 1. погрешность градуировки электромеханического прибора, смещение нуля, медленный температурный уход частоты от температуры 2. Внешние помехи регуляторного типа 3. Старение элемента (эту погрешность повторными опытами не увидеть). 4. разрядка батареи

Повторные опыты не устраняют эти погрешность, их нужно выявлять, и устранять. 4.4| Методы устранения: 1. Выявление поправок или поправочных коэффициентов 2. Калибровка — регулировка свойств прибора, позволяющее исключить сист. погрешность. (под калибровкой понимаем вычисление поправок). | различают: рассчитанные (их природа известна); Известна природа но рассчитать нельзя; о которых ничего не знаем (ни природы, ни величины следно рассчитать нельзя). Методы исключения: 1. Стабилизация градировочных характеристик и уравнений преобразования 2. Параметрическая стабилизация параметров средств измерения. 3. компенсация систематических погрешностей. 4. Метод вспомогательных измерений. 5. Использование средств измерения с другим принципом действия. 6. Расчетный способ. 7. Метод компенсации по знаку. 8. Рандомизация (перевод систематической погрешности в случайную).

5.1| Метрологические характеристики средств измерения, 5.2| их нормирование, 5.3| класс точности 5.4| интервальная оценка допускаемой погрешности.

5.1| Метрологические характеристики средств измерений — это характеристики свойств, оказывающие влияние на результаты и погрешности измерений. Они показывают точность прибора и позволяют оценить возможную погрешность прибора. Техническое средство можно использовать для измерений только в том случае, если оно является средством измерений, т е. имеет нормированные метрологические характеристики.

1) Диапазон измерений — область значений измеряемой величины, для которой нормированы допускаемые погрешности измерительного прибора (средства измерения).2) Диапазон показаний — размеченная область шкалы измерительного прибора, ограниченная ее начальным и конечным значениями, т. е. указанными на ней наименьшим и наибольшим возможными значениями измеряемой величины (он может быть шире диапазона измерений).3) Предел измерений — наибольшее или наименьшее значение диапазона измерений.4) Область рабочих частот (диапазон частот) — полоса частот, в пределах которой погрешность прибора, полученная при изменении частоты сигнала, не превышает допускаемого предела.5) Градуировочная характеристик(цена деления) — зависимость, определяющая соотношение между сигналами на выходе и входе средства измерений в статическом режиме.6) Чувствительность по измеряемому параметру — отношение изменения сигнала на выходе измерительного прибора к вызвавшему его изменению измеряемой величины

 S= ∆Y / ∆X, где х — измеряемая величина; у — сигнал на выходе; 7) Предельная чувствительность — минимальная величина исследуемого сигнала, подаваемого на вход прибора, которая необходима для получения отсчета с погрешностью, не превосходящей допустимой. Наименьшее значение изменения физической величины, начиная с которого может осуществляться ее измерение, называется порогом чувствительности данного средства измерений.8) Время измерения — время, которое требуется для определения значения измеряемой величины с заданной погрешностью.9) Разрешающая способность (абсолютная) — минимальная разность двух значений измеряемых однородных величин, которая может быть различима с помощью прибора.10) Быстродействие (скорость измерения) — максимальное число измерений в единицу времени, выполняемых с нормированной погрешностью.11) Функция преобразования. 12 ) Входной импеданс - это отношение изменения напряжения на входе к вызванному имизменению тока.

Условия при которых метр характеристики имеют смысл: 1. нормальные - записываются в паспорте, погрешность при НУ основная погрешность. 2. Расширенные — используются при изменении внешних условий среды.

5.2| нормирование:

Для рабочих средств измерений информация об их метрологических характеристиках содержится в нормах, которые устанавливаются в нормативно-технических документах для совокупности приборов данного типа. К нормируемым метрологическим характеристикам средств измерений относят номинальное значение однозначной меры, номинальную статическую характеристику преобразования (уравнение преобразования) измерительного преобразователя, наименьшую цену деления неравномерной шкалы измерительного прибора, номинальную цену единицы младшего разряда кода цифровых средств измерений, характеристики систематической и случайной составляющих погрешности средства измерений, входное и выходное полные сопротивления, характеристики влияния внешних условий, характеристики инерционных свойств (динамические характеристики). Для средств измерений устанавливаются нормальные и рабочие условия применения.

Нормальные условия характеризуются нормальной областью значений влияющих величин, характеризующих климатические воздействия и электропитание средств измерений: температура окружающего воздуха (20±5)°С, относительная влажность (65±15)%, атмосферное давление (100±4) кПа, напряжение питающей сети (220±4) В и (115±2,5) В, частота питающей сети (50±1) Гц и (400±12) Гц.

Рабочие условия характеризуются рабочей областью значений влияющих величин, характеризующих климатические и механические воздействия и электропитание средств измерений. По величине рабочей области климатических воздействий средства измерений делятся на 7 групп. Нормальные и рабочие значения всех влияющих величин устанавливаются в стандартах или технических условиях на средства измерения конкретного вида.

Для средств измерений отдельно нормируется погрешность в нормальных условиях применения и погрешности, имеющие место при выходе влияющих величин за пределы нормальной области, но остающихся в пределах рабочей области. Погрешность средства измерения в нормальных условиях применения называется основной. Погрешность средства измерения, обусловленная отклонением одной из влияющих величин от нормального значения, называется дополнительной. Основная погрешность нормируется пределом допускаемой погрешности Δдоп, как правило, без разделения на систематическую и случайную составляющую.

5.3| 1. Класс точности средства измерения — предел допускаемый основной приведенной погрешности, округленной до определенной сетки. Если 1%, то класс точн 1.0. Класс точн. Иногда задается относит погр. Δ= k *Umax/100%

2. Для цифровых приборов класс точности записывается по формуле: 4 из табл. с- аддитивная составляющая, в скобках мультипликативная составляющая k= c/d. Зная класс точности можно, примерно, определить точность измерений. Дост:просто использ, k имеет большое кол-во ср-в измер. Недост:сильно завышена, k не учитыв зав-типогр от измер вел-ны 3. Выражение предела допустимой погрешности в виде формулы: δ = α₀ ±∑ξ_i α_i показывает зависимости погрешности от влияния внешних факторов. 4. Погрешность в виде графиков или таблиц.

У электронных осциллографов класс точности отражает другую величину.5. Погрешность метода дискретного счета

5.4| Мы делаем оценку интервала в который с заданной вероятностью попадает результат при каком-то измерении, эта вероятность называется доверительной, с который мы оцениваем будущую погрешность. Интервал называется доверительным.

 такая оценка погрешности называется интервальной.

Для измерения нам интересно мат ожидание, и дисперсия или СКО

6.1|Случайные погрешности и их описание. 6.2| Законы распределения и их параметры.

6.1| При повторении измерения случайная погрешность не повторяется. Такая погрешность складывается из множества причин. Генератор случайных сигналов эквивалент источников случайных погрешностей. Свойства случайных погрешностей: 1. малая зависимость от времени 2. интересует степень разброса, характеризующаяся плотностью распределения

Нас интересует МО, и дисперсия или СКО. Для оценки общей погрешности измерений необходимо знать законы распределения ее составляющих, по которым можно определить закон распределения общей погрешности и решить вопрос о вычислении границ погрешностей. В некоторых случаях удается оценить законы распределения составляющих погрешности до проведения опыта на основе анализа причин возникновения погрешностей.

закон распределения случайной величины:

Вероятность того, что погрешность попадет в какой-то (теоретически бесконечно малый) промежуток. Визуально шумовую дорожку можно наблюдать на осциллографе.

Зная закон распределения случайной величины можно определить вероятность

Мат ожидание характер. Макс точку, дисперсия – ширина разброса значений

закон распределения погрешностей:

1. Равномерный закон. Этому закону подчинены погрешности, возникающие при квантовании и дискретизации сигнала.

Пусть квантование измеряемого постоянного напряжения U_x осуществляют путем его сравнения с образцовым напряжением, изменяющимся по ступенчатому закону с постоянным шагом U _ст. Результат измерений определяется числом п ступенек, зафиксированным с помощью электронного счетчика, и погрешностью квантования ∆ U _кв:

 

Поскольку значение измеряемого напряжения неизвестно и нельзя указать область его предпочтительных значений, погрешность квантования считают распределенной по равномерному закону от 0 до U_CT. Систематическая погрешность

Перейдем к центрированной случайной величине — случайной погрешности ε = ∆ U _кв - θ. График плотности вероятности погрешности ε получается смещением графика p ( ∆ U _кв) на U _ст /2. Предельная погрешность ∆_п= U _ст /2 CKO случайной погрешности

Квантование происходит и при измерениях аналоговыми приборами за счет округления измеряемой величины при ее считывании по шкале с ценой деления U _дел. Если округление производят до ближайшей к указателю отметки, то погрешность квантования, которую называют погрешностью при отсчитывании, лежит в симметричных пределах ± U _дел /2, а систематическая погрешность отсутствует.

2. Треугольный закон. Если при измерении временного интервала цифровым методом начало измеряемого интервала не синхронизировано с последовательностью счетных импульсов, то результат измерений

где ∆ t _и и ∆ t _к — погрешности дискретизации в начале и конце интервала (Т_х; ∆ t _д) — общая погрешность дискретизации. При отсутствии синхронизации начало интервала может с одинаковой вероятностью попасть в интервал времени от нулевого до первого счетного импульса. Эта погрешность подчинена равномерному закону распределения с предельными значениями 0 и Т_о подобно уже рассмотренной погрешности ∆ t _к.

Если интервал смотренной погрешности ∆ t_K. Если интервал Т_х не измерен, то случайные погрешности независимы, а закон распределения общей погрешности дискретизации ∆ t _д треугольный с предельными значениями ±Т₀.

3. Арксинусоидальный закон, При измерении постоянного напряжения вольтметром на вход прибора кроме измеряемого напряжения U_x может поступать гармоническое напряжение помехи u_п = U_псоswt вызванной наводками. Если время измерения вольтметром намного меньше периода повторения помехи, то можно считать, что вольтметр измеряет мгновенное значение напряжения U_x + и_п. Момент включения вольтметра t_B случаен по отношению к помехе, поэтому помеху можно считать реализацией случайного процесса — гармонического напряжения со случайной фазой, равномерно распределенной в пределах ±п.

В курсе теории вероятностей показано, что в этих условиях плотность вероятности мгновенного значения помехи описывается арксинусоидальным законом:

 

4. Нормальный закон, Обычно случайная погрешность измерений определяется суммой большого числа статистически независимых составляющих с конечными дисперсиями. Практика показала, что в этом случае погрешность подчинена закону, близкому к нормальному. Этот результат является следствием центральной предельной теоремы, согласно которой закон распределения суммы независимых случайных величин с конечными дисперсиями независимо от их закона распределения стремится к нормальному при увеличении числа слагаемых. Даже при трех-четырех слагаемых с соизмеримыми дисперсиями закон распределения суммы может быть близок к нормальному, особенно в области больших значений плотности вероятности. Однако в области малых значений плотности вероятности закон распределения суммы сходится к нормальному значительно медленнее.

Нормальный закон часто используют в качестве математической модели неизвестного закона распределения.

5. закон распределения Стьюдента: (По усреднению опытных данных.)

 – истинная оценка результатов. t(p,n) — коэффициент стьюдента (табулирован) используется для определения доверительного интервала многократных измерений. Чем больше N тем ближе к нормальному значению.

Оценка дисперсии: СКО =  для многократных еще делится на корень из n

                           

7.1| Прямые однократные и многократные измерения и их погрешности. 7.2|Косвенные измерения, погрешности косвенных измерений.

7.1| Прям однокр измер и их погр: являются самыми распространен, они просты в выполнении, имеют высокую производит, низкую стоимость. Измерения возм при следующ услов: 1.объем априорной информации об объекте измер такой, что аналитич модель объекта и опред измер величины не вызывают сомнений 2.метод измер достаточно изучен,и его погрешн либо заранее установл, либо оценены 3.средства измер исправны,а их метрологич х-ки соотв уст нормам. Результат – показание снятое с используемого средства измерения. Погрешность результата вкл: погрешность ср. изм., погрешность исп метода, личная погрешность оператора. Бывают точная и приближенная. Точная: 1. Оцениваем доверит границу систематич составл результата измер Θ 2. Оценка доверит границы случ погр результата измерения ε=ε(Рд) 3. Вычисл суммарной погрешн результ прямого однокр измер ∆=∆(Рд) 4. Запись результата.

Приближ: 1. предварит оценка составл погрешн результата измер и погрешн измер 2. Пренебрегаем случ погр, если граница Θ>СКО в 8раз, если не так, то погрешн=пределу допуск основной погр 4. Записываем результ, без указ доверит вероятности

статистическая обработка многократных измерений:

многократные измерения позволяют увеличить точность результатов измерения: систематические погрешности не исключаются, а случайные компенсируются.

исключение грубых погрешностей (промахи): 1. произвести n равноточных опытов, в одинаковых условиях 2. исключить систематическую погрешность (калибровка, поправка в опытных данных) 3. произвести предварительную оценку результата (найти среднее значение) 4. проверить соответствие закону распределения 5. оценка отклонений δ²=Σ(U-Uср)²/(n-1) и СКО (δ) 6. исключить грубые погрешности (отбросить результаты, не попадающие в некоторый интервал, например 3δ)

7.2| Косвенное измерение - измерение, проводимое косвенным методом, при котором искомое значение физической величины определяют на основании результатов прямых измерений других физических величин, функционально связанных с искомой величиной.

погрешности косвенных измерений:

8.1| Классификация электромеханических измерительных приборов и преобразователей. 8.2| Принципы их работы, конструкция общих узлов.

Принцип действия ИП: преобразование электрической величины в перемещение (в основном во вращение) используют для измерения тока, напр, и в самописцах. Как правило соединены с отсчетным устройством.

измерительные преобразователи:

1. Для Амперметра ИП1= шунт. обычно в качестве шунта используются стабильные материалы. Используя наборы шунтов можно сделать многопредельный амперметр. шунт (добавочное электрическое сопротивление, включаемое параллельно гальванометру амперметра, часто используются для измерения микроамперметром больших токов Rш=Rпр/(n-1), где n=I0/Iпр Достоинства-многопредельные амперметры 2. добавочный резистор (из амперметра с включенным последовательно резистром можно сделать вольтметр U=(Rамперметра+Rдобавочное)*I), набор добавочных резисторов позволяет сделать многопредельный вольтметр. Чем больше R тем меньше токи(дорогой чувствительный прибор) 3. Выпрямитель если ток переменный и магнетизмы мешает его измерить, используются выпрямитель из 2х или 4х диодов.

4. отчетные устройства: стрелочный индикатор + шкала, состоит из подвижной и неподвижной частей. Особенности подвижной части: должны вращаться, поэтому процесс установления показаний не мгновенный(для минимализации переходного процесса, демпфируют). Принцип: Основное уравнение преобр приборов dA=M_врdα = dW — работа по перемещению, Мвр=dW/dα, Мвр=Мпр= µα, µ - удельный противодействующий момент (коэффициент упругости). Надо сопоставить Мвр с образцовым моментом, кот назыв противодейст. Мпр зависит от угла поворота. Ставится пружинка, в ней закон противодейств. линейный. α=1/µ *dW/dα;

при отсчете значений, показанных стрелкой на шкале, возникает три основных вида погрешности, на которые влияет:1. дискретность шкалы (погрешность — пол деления)2. паралакс — совмещение стрелки с делением шкалы (зависит от угла зрения). способ борьбы: зеркальная шкала; световое изображение индикатора, проецирующееся на шкалу.3. конструкция шкалы и стрелки (равномерные и неравномерные шкалы, положение нуля) общие узлы: подвижная часть, неподвижная часть, момент вращения создается электромагнитными силами, противодействующий момент обычно создается пружиной. Mвращ = Mпротив = μα, (μ - удельный противодействующий момент, дб линейным, α — угол поворота стрелки) иногда подвижная часть подвешивается на двух проволочках, которые скручиваясь создают момент вращения. Такая конструкция вызывает погрешности:1. свойства пружины зависят от температуры и времени, что вносит систематические погрешности (смещение нуля). Ареттир — система, позволяющая устранить смещение нуля.2. нелинейность зависимости μ(α)

но все же точность электромеханических приборов велика (иногда даже превышает точность цифровых). Логометры - приборы, в которых противодействующий момент создается магнитным полем или обратным током. Они позволяют измерить отношение токов.dA=dW=Mвр dα — запасаемая в приборе энергия. Процесс становления показаний определяется величиной релаксации. Для гашений колебаний используется дамперы или магниты

9. 1|Магнитоэлектрические измерительные приборы. 9.2|Принцип действия, 9.3|измерение токов и напряжений.

9.2| Принцип: взаимодействие поля постоянного магнита с полем протекающего тока.

Измеряемый ток протекает по катушке, расположенной между полюсами постоянного магнита. Аналоговый сигнал такого устройства, угол поворота катушки, определяется простым соотношением:

где В - магнитная индукция; N - число витков катушки; S - площадь контура катушки; μ - жесткость пружины и I - сила тока через катушку. Магнитоэлектрические приборы позволяют проводить измерения токов с очень высокой точностью. В оптических приборах такой же принцип используется в поворотных механизмах для точной установки углов в приборах с дифракционными решетками.

9.1| Свойства: 1. прибор показывает мгновенное значение тока. Если частота меняется быстро, прибор не успев показ мгнов знач. Показ среднее a=1/Т*∫i(t)dt. Измеряется только постоянная составляющая тока, для переменного ставим выпрямитель. 2. Чувствительность (по току)-измен реакц прибора, вызв измер величиной: hi=dα/di=(SBn)/µ. Уменьш упругость пруж 3. Точность – стабильность градуировочной характеристики, определяется стабильностью элементов самого механизма. Количество витков не меняется, Sp тоже, а B изменяется довольно сильно, поэтому у приборов не предельная точность. Класс Точности составляет сотые доли процента. 4. Помехоустойчивость: достаточна высокая т.к. внутреннее поле довольно большое. 5. Малые потери в самом приборе из-за высокой чувствительности, следно КПД большой. 6. Высокий вращ.момет. 7. Можно измерить полярность тока (2-х сторонняя шкала) НЕДОСТАТКИ: сложная конструкция, плохая перегрузочная способность (нельзя подать тока больше тока рамки), переменный ток не измеряется, зависимость B от температуры и времени. Область применения:1. многопредельные измерительные приборы. (тестеры, мультиметры) Для измер сопр добавл источн питания 2. в качестве индукторов. Для измер напр добавл сопротивление.

9.3| Maгнитoэлeктpичecкиe ампepмeтpы

Heпocpeдcтвeннoe включeниe в цeпь магнитoэлeктpичecкoгo измepитeльнoго мexaнизмa пoзволяeт измepять мaлые тoки. Toнкий пpoвoд oбмoтки paмки измepитeля и cпиpaльныe пpyжинки нeльзя нaгpyжaть тoкaми, большими, чeм (20÷50) мA, пoэтoмy измepитeльный мexaнизм выпoлняeт фyнкции микpo или миллиaмпеpмeтpa. Пpи измepeнии бoльшиx тoкoв пoльзyютcя шyнтaми, кoтopыe включaют пapaллeльнo измepитeльнoмy мexaнизмy.

Cxeмы aмпepмeтpoв: a) c мнoгoпpeдeльным шyнтoм, б) c нecкoлькими oднoпpeдeльными шyнтaми

Coпpoтивлeниe шyнтa Rш выбиpaют тaким, чтoбы большaя чacть измepяeмoгo тoкa I пpoтeкaлa пo шyнтy, a ocтaльнaя Iизм нe пpeвышaлa дoпycтимoгo для oбмoтки измepитeля знaчeния. Oтнoшeниe тoкoв I/Iизм=n нaзывaют кoэффициeнтoм шyнтиpoвaния. Для yдoбcтвa n выбиpaeтcя цeлым чиcлoм (n=2; 5; 10 и т.д.). Шyнты oбычнo изгoтoвляют из мaнгaнинa – cплaвa c мaлым тeмпepaтypным кoэффициeнтoм coпpoтивлeния. Coпpoтивлeниe шyнтa

Rш=Rизм/(n–1), гдe Rизм– coпpoтивлeниe paмки измepитeльнoгo мexaнизмa.

Koнcтpyкция шyнтoв и ycлoвия иx иcпoльзoвaния oпpeдeляютcя пpeдeлaми измepeния aмпepмeтpoв и иx нaзнaчeниeм. Шyнты, пpeднaзнaчeнныe для измepeния cpaвнитeльнo нeбoльшиx тoкoв (дo 30 A), мoнтиpyютcя в кopпyce пpибopa и нaзывaютcя внyтpeнними. Бoльшиe тoки (дo нecкoлькиx тыcяч aмпep) измepяют c пoмoщью нapyжныx шyнтoв.

Пpи пoдключeнии шyнтa пoгpeшнocть измepитeльнoгo мexaнизмa знaчитeльнo вoзpacтaeт. Этo oбъяcняeтcя тeм, чтo пpи измeнeнии тeмпepaтypы и нeизмeннoм измepяeмoм тoкe coпpoтивлeниe измeнитcя нa ∆Rизм, coпpoтивлeниe шyнтa из мaнгaнинa ocтaeтcя пpeжним, в peзyльтaтe тoк Iизм, пpoxoдящий чepeз измepитeльный мexaнизм, измeнитcя и в пoкaзaнияx пoявитcя пoгpeшнocть. Для eе yмeньшeния пoльзyютcя paзными cпocoбaми тeмпepaтypнoй кoмпeнcaции; нaпpимep, в цeпь paмки включaют тepмopeзиcтopы c oтpицaтeльным тeмпepaтypным кoэффициeитoм coпpoтивлeния.

Maгнитoэлeктpичecкиe вoльтмeтpы

Heпocpeдcтвeннoe включeниe мaгнитoэлeктpичecкoгo мexaнизмa мeждy тoчкaми c paзными элeктpичecкими пoтeнциaлaми пpимeняeтcя тoлькo пpи нeзнaчитeльнoй paзнocти пoтeнциaлoв. B этoм cлyчae измepeния пpoвoдят c пoмoщью cтpeлoчныx милливoльтмeтpoв или гaльвaнoмeтpoв.

Пpи измepeнии бoльшиx нaпpяжeний тoк cлeдyeт oгpaничивaть дoбaвoчным peзucтopoм, включaeмым пocлeдoвaтeльно измepитeльнoмy мexaнизмy

Cxeмы coeдинeния измepитeльнoгo мexaнизмa c дoбaвoчным peзиcтopoм

Ecли пpeдeл измepeния нaпpяжeния измepитeльнoгo мexaнизмa нeoбxoдимo pacшиpить в m paз, т.е. U=mUизм, тo coпpoтивлeниe дoбaвoчнoгo peзиcтopa Rд= Rизм(m–1)

Boльтмeтp c дoбaвoчным coпpoтивлeниeм мaлoчyвcтвитeлeн к измeнeнию oкpyжaющeй тeмпepaтypы. Тaк кaк oбычнo Rизм<Rд, то измeнeния Rизм oт тeмпepaтypы нeзнaчитeльны. Taким oбpaзoм, дoбaвoчныe coпpoтивлeния нe тoлькo pacшиpяют пpeдeл измepeния нaпpяжeния, нo и yмeньшaют дoпoлнитeльнyю тeмпepaтypнyю пoгpeшнocть вoльтмeтpa. Дoбaвoчныe peзиcтopы изгoтoвляютcя из мaнгaнинoвoй изoлиpoвaннoй пpoвoлoки, кoтopaя нaмaтывaeтcя нa кapкacы в видe кaтyшeк или плacтин. Пpимeняютcя внyтpeнниe, вcтpoeнныe в кoρпyc вoльтмeтpa, и нapyжныe дoбaвoчныe peзиcтopы.

Maгнитoэлeктpичecкиe вoльтмeтpы oтличaютcя oт вoльтмeтpoв дpyгиx cиcтeм выcoкoй тoчнocтью и бoльшoй чyвcтвитeльнocтью.

 

 

10.1| Электродинамические измерительные приборы. 10.2|Принцип действия, 10.3|измерение токов, напряжений и мощности.

10.2| 2 катушки одна из них подвижная, вторая нет. При повороте будет меняться взаимная индукция, ток подается через пружинки.

В электродинамических приборах используется взаимодействие двух катушек с током.

Зависимость угла поворота подвижной катушки относительно неподвижной дается выражением:

где M12 - взаимная индуктивность катушек; k - жесткость пружины; I1, I2 - токи через катушки. Электродинамическим прибором можно измерять токи или мощности. Последние легко организовать, если через одну из катушек будет проходить ток, пропорциональный разности потенциалов в цепи, а через вторую катушку пропустить рабочий ток. Так как α~i1*i2, то можно измерять ток любой формы.

Если пропустить один ток, через две катушки, то показания прибора будут пропорциональны квадрату тока (квадратичная шкала).

10.1 | Свойства электродинамических приборов:

0. Квадратичная шкала, показывает среднеквадратичное значение прямого тока. По этой же шкале показывает постоянный ток. Для измерения малых токов рамки включаются последовательно (I1=I2), для больших токов параллельно Часто используются как ваттметры с линейной шкалой, показывающие среднее значение мощности 1. измерение переменных токов любой формы, а также постоянных токов по одной шкале 2. Стабильность градуировки, высокая точность за счет стабильности всех элементов (кроме пружины), нет магнита. 3. высокий частотный диапазон (до неск МГц)

Недостатки: 1. невысокая чувствительность 2. большое потребление мощности (потери) 3. требуется магнитная экранировка. 4. Нелинейность шкалы. 5. влияние внешних полей 6. нельзя работать с большими напряжениями (>300 В), это смертельно опасно ферродинамические приборы: Отличаются от электродинамических тем, что неподвижная катушка имеет сердечник, увеличивающий чувствительность, но уменьшающий точность, диапазон частот становится до 500 Гц.

11.1| Электромагнитные и 11.4| электростатические измерительные приборы. 11.2| Принцип действия. 11.3| Особенности измерения токов и напряжений.

Элeктpoмaгнитныe пpибopы

11.2| Взаимодействие и катушки с ферромагнитным сердечником. Сердечник втягивается в катушку при любой полярности, что дает возможность мерить переменный ток. Однако на высоких частотах сильно возрастает индуктивное сопротивление, поэтому в основном они низкочастотные.

11.1.| 1. Для переменного тока измеряет среднеквадратичные значения, данный прибор может быть использован для измерения как постоянного тока, так и переменного. a=1/Т*∫i(t)dt 2. Шкала нелинейная, для того чтобы сделать линейную шкалу используют ферромагнетик сложной формы. 3. чувствительность определяется по: dL/dа и зависит от количества витков, малочувствительны, притом чувствительность зависит от тока (при малых I совсем маленькая). 4. Точность невысокая (0.5 и хуже), так как зависит от ферромагнитного сердечника. Сильно сказывается влияние внешних помех. 5. большое рассеивание мощности. 6. частотный диапазон токов промышленной частоты (≈50 Гц) 7. требуются трансформаторы тока и напр (корректор, успокоитель), подключаемые в цепь Плюсы: простота, надежность, мерим как пост, так и перем ток, высокая устойчивость к перегрузкам, при превышении допустимого тока ничего не сгорит. Обл. применения щитовые измерения.

 

11.4| принцип действия основан на взаимодействии электрически заряженных проводников. Подвижная Al пластина закрепленная вместе со стрелкой, перемещается взаимодействуя с неподвижной пластиной при подаче разности потенциалов. Ограничение движения за счет пружины (как и в других ЭМ системах). В основном вольтметры (электростатические) 1. измеряет среднее квадратичное значение. Подвижная пластина вдвигается или выдвигается. 2. Чувствительность не высока, зависит от напр (используют для очень больших значений) 3. Точность очень большая. 4. Широкий диапазон частот (т.к. малозависимы) 5. Входное сопротивление большое, потребляют малую мощность. Недостатки: при вибрации дрожит пластина, плохая виброустойчивость.

12.1| Параметры измеряемых напряжений. 12.2| Классификация вольтметров. 12.3| Их параметры и структурные схемы. 12.4|Вольтметры постоянного тока.

12.1| Измерители напряжения являются самой многочисленной группой среди средств измерения, применяемых в радиоэлектронике.

Измеряют ЗНАЧЕНИЕ(!) напряжения. Значение: 1. мгновенное значение U(t)(не измеряют вольтметрами), 2. среднее значение(), это знач измер вольтметром пост тока 3. средне квадратическое(корень из Uср, вольтметром перем тока) 4. амплитудно пиковое(maxU(t)); принято выводить коэффициент амплитуды К_А=Um/U, и коэф. Формы: К_Ф= U /Uср.в – отличие по форме(импульсными вольтметрами) 5. средне выпрямленное ();Вольтметры градуируются в соответствии с измеряемым значением напр. Фишка коэффициентов в том что можно измерять одно а при помощи них показывать другое значение.

12.2| Могут быть: Электромеханич/ Электронные(Аналоговый, Цифровые, Электрон амперм с преобразов ток-напряжение(бесконтактное измер тока)

Еще могут быть многопредельные\многофункциональные (и пост, и перем ток, мб и амперметр, и вольтметр, так как основаны на законе Ома)

по использованию: В1 — образцовые вольтметры и установки для калибровки. В2 — вольтметры постоянного тока (измеряют средн знач) В — комбинированные (высокая чувствительность и R от 1 до 1000 МОм) В3 — вотметры переем тока, измер среднеквадр знач В4 — импульсные вольтметры (амплитудные значения) В5 — фазочувствит вольтметр. Измер модуль и фазую В6 — ВЧ вольтметр с узкополосной селекцией входного сигнала (селективные вольтметры), высокая чувствительность В7 — комбинированные приборы на основе широкополосного амплитудного детектора sin сигналов В8 — измеряет отношение двух напряжений В9 — измерительный преобразователь без отсчетного устройства.

по измер значению: вол-ры средневыпр, среднекв, среднего, амплитудного значения

12.3| параметры: 1. вид измеряемого значения (Uср.в., Uср, U)2. пределы измерения (как они разбиты на поддиапазоны, обычно по 10 дб ≈ в 3,16 раз, бывает сразу две шкалы –дБ и обычная)3.входной импеданс (степень влияния вольтметра на измеряемую величину) Rвх, Zвх (или Cвх) (импеданс – только для гарм сигн, для остальных просто Rвх)4. частотный диапазон (рабочая полоса): низкочастотные, высокочастотные, сверхвысокочастотные, широкополосные вольтметры 5. Метрологические параметры(класс точности, предел погрешности измерения U (в виде формулы, таблицы или графика))6. Помехоустойчивость. поперечные помехи — помехи нормального вида, попадающие на вход вольтметра (на обе клеммы)

продольные помехи — помехи общего вида, возникают между корпусами и попадают на вход вольтметра через R утечки. Общий провод вольтметра не соединен с его корпусом (экраном)Важно хорошим образом соединить корпуса (экраны) вольтметра и схемы, провода должны быть короткими, экранированными, с низким R.

Схема вольтметра:

Если добавить Rд (Rд>Zвх в 10-100 раз), то уменьш чувствите